激光倾斜照明法测量钢板厚度

提出了一种激光倾斜照明的方法来测量钢板厚度,利用激光光束斜射到待测板侧面,用工业摄像机将被测板上的激光光斑成像于CCD靶面上,基于光斑像高与被测板厚度的几何关系计算出待测板厚度.由于被测物面不垂直于光轴、钢板沿宽度方向的运动均对测量结果有影响,对此作了分析并进行了修正.实验表明该方法可广泛应用于实际工业在线测量中.     

离焦量对激光超声测厚的影响

为了研究离焦量对激光超声信号幅值的影响,采用相同能量的脉冲激光辐照不同厚度的铝质试块进行了工件测厚的实验。光路会聚采用焦距100mm的平凸球面聚焦透镜,将该透镜固定于5维光学调整架上,调节水平轴旋钮以改变离焦量;利用中心频率5MHz的压电探头接收激光超声波信号,并记录所有试块在每个离焦量下的超声信号数据;依据信号之间的时间间隔,求出每个铝质试块的厚度。结果表明,测厚结果与工件实际厚度之间的相对误差均在3%范围内;在等量激光脉冲激励下,当工件表面处于离焦量-10mm时,获得信号的幅值最大。     

激光远场能量密度分布测试系统的实现

要设计了基于CCD成像法的激光远场能量密度测量系统,给出了CCD成像法测量远场激光能量密度分布的基本原理,并在特定条件下对激光能量测量模型进行简化.利用漫反射靶板将激光的能量分布信息采集至CCD相机,并在靶板的特征位置上安装能量探测器,依据激光能量模型,将激光光斑图像灰度信息与激光能量探头所测的实际能量值进行信息融合,...     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

单镜头激光三角法薄板厚度测量研究

为了精确测量薄板类材料的厚度,分析了双光路激光三角法测厚原理,建立了一种单镜头激光三角法厚度测量系统.该系统以半导体激光器为光源,配以单镜头成像系统、图像采集与数据处理系统.描述了系统的检测原理、检测方法和实验装置,讨论了激光器光束轴心线与成像透镜光轴夹角与系统分辨率的关系,并基于最小二乘法拟合得出了光斑距离与被测物厚度的函数关系式,最后通过标定实验对系统精度进行了实验论证.结果表明,该系统消除了双光路激光三角法上下测量系统难以同步的问题,分辨率高,精度控制在10m,良好地满足了工业测量的需求.     

响应面分析法优化低碳钢薄板激光切割工艺参数

为了研究光纤激光加工工艺对Q235低碳钢薄板切割质量的影响，采用500 W光纤激光切割机对0.7 mm厚低碳钢板切割质量影响规律进行了研究。采用中心复合设计(Central Composite Design, CCD)进行实验设计，使用超景深显微镜对切割试样的切缝宽度和挂渣高度进行测量。实验结果表明：切缝宽度的大小主要由激光功率、切割速度、辅助气压力和离焦量决定；挂渣高度的大小主要决定于激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压力。建立评价切缝宽度和挂渣高度与工艺参数之间的回归模型，并对模型进行目标优化。结果表明，工艺参数组合为激光功率450 W,切割速度9 m/min,离焦量0 mm,辅助气压力0.564 MPa时可获得最优的切割质量。     

激光光栅显微投影法表面微观形貌测量系统的研制

本文研制了基于激光光栅显微投影法的表面微观形貌测量系统。该系统由激光器 ,CCD ,两个显微物镜 ,图象采集卡 ,计算机和数据处理软件组成。两个显微物镜一个用来将光栅进行缩小投影到被测物体的表面上 ,形成被被测物体表面高度所调制的条纹 ;另一只显微物镜则将被调制的条纹图像成像到CCD的靶面上 ,CCD采集的图像输入到计算机中进行相关计算而得出被测表面的微观形貌。本文介绍了该系统的测量范围和分辨率计算方法 ,并对实验数据进行了可靠性分析。结果分析表明 ,该系统能可靠地测量物体的表面微观形貌。     

TRIP800激光焊焊接接头组织与性能

本文通过改变激光焊的焊接功率、焊接速度以及离焦量的工艺参数对厚度为1.8mm的TRIP800钢板进行焊接,激光焊接时最佳工艺参数为焊接速度为7mm/s,最焊接功率为570W,离焦量为-1mm;在断口扫描照片分析得到为典型的韧性断裂,断口上有大量的韧窝存在,从断裂机理上来看属于典型的微孔聚集型断裂.     

基于RBF神经网络的高精度在线激光测厚算法

为进一步提高单CCD双光路激光三角法动态在线测厚系统的测量精度,提出了一种基于RBF神经网络的CCD靶面上光斑位置与被测物厚度之间函数关系的拟合算法。通过理论分析之后,设计了基于RBF神经网络直接拟合CCD靶面上两光斑位置信息与被测物厚度之间关系和现有的最小二乘法拟合三次多项式模型方法进行实验对比,两种方法分别得到了一个网络和一个近似数学模型。通过使用十组标准厚度塞尺在不同位置进行验证实验,发现前者方法计算出的厚度值更加靠近塞尺的客观值。实验结果表明,用RBF神经网络拟合两个光斑坐标和被测物厚度之间的关系,成功地提高了现有系统精度,鲁棒性好,时间复杂度尚可。     

激光三角法改进的显微镜快速自动对焦方法

为了满足TFT-LCD显微镜光学检测系统在工业上的需求,基于激光三角测距法提出一种改进的显微镜快速自动对焦方式,并建立了光路数学模型。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的激光,激光光束在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个半圆光斑。以对焦完成时CCD上的光斑半径最小为基准,给出了离焦量与光斑信息探测量之间的数学模型关系,实时控制PZT进行自动调焦。根据给定的数学模型,利用高斯曲线拟合对光斑中心进行定位并计算离焦量,实现对实时控制压电陶瓷的自动对焦。在50倍物镜下的实验结果表明:实际测量值与理论值有很好的线性度,在±30μm的对焦平面上对焦重复定位精度可达到0.2μm,对焦时间在0.26 s。与传统的显微镜对焦方法相比,该方法有较高的精度、较好的线性度和更高速等优点,可满足工业光学检测的需求。     

用于激光合束系统的光束位置监测装置设计

为了实现近场可见光波段、多路不同波长激光合束中位置误差监测,设计了一种光斑位置监测装置,该装置以缩束系统为基础对同指向激光束位置进行自动监测,在激光合束系统中与快速反射镜相配合,能有效提高合束系统的精度和合束效率。首先对监测装置光学系统进行了设计和仿真分析,使其实现缩束功能的同时减小色差对监测精度的影响。接着,根据设计要求选择了合适的光电探测器。然后,设计了镜筒并对装置的箱体进行有限元优化设计以减轻质量并防止产生共振,使其可以在复杂的环境中工作。最后,根据光斑的特性选择了合适的光斑中心定位算法。实验检测结果表明:缩束倍数达到了15.6倍,监测精度达到了0.1 mm。系统基本上可以使所有激光束成像在CCD上,且光斑能在CCD上成完全像,稳定性较好,精度高,满足使用要求。     

一种Zernike矩的高精度板材尺寸测量方法

目前技术条件下,对于大视场的高精度边缘测量而言,工业级面阵CCD传感器的分辨率难以满足要求.文章针对钢板尺寸测量系统,首先介绍了测量环境和工作原理.继而在Zernike矩以及Zernike矩亚像素精度边缘检测原理的基础上,提出了适用于钢板尺寸测量的亚像素精度边缘检测算法.该算法不仅具较好的抗噪性能和检测精度,而且在传统界定边缘点的阈值处理方法上进行了改进,使边缘受限于单个像素的宽度范围内,能够实现亚像素精度的定位.系统实际运行表明,该方法能够有效提高测量精度,具有良好的效果和实用价值.     

基于光栅投影的钢板孔洞缺陷测量

针对基于光栅投影的钢板外观质量检测中孔洞检 测缺陷精度不高的问题,提出一种基于双投影的孔 洞缺陷检测方法。在钢板上方等间距设置两个线激光阵列,交替投影等间隔明暗分布的光栅 场,CCD相机 分别采集两个方向上投影到钢板表面的云纹图像,利用相移法分别求解出两个方向云纹图像 的相位信息, 然后分别重建得到钢板两个方向的三维轮廓。通过背景二值化定位投影盲区,将两个方向的 重建三维轮廓 进行融合,从而完成钢板的三维重建,实现钢板表面孔洞缺陷的测量。实验结果证明:钢板 的厚度测量精度为0.05 mm,孔洞缺陷测量精度可以提高到0.1 mm。     

空间多光谱CCD相机调焦精度分析

调焦精度是保证多光谱CCD相机成像质量的关键技术之一,针对星载对地观测多光谱CCD相机大视场角、宽地面覆盖的离轴三返光学系统结构特点,设计实现了一种高精度调焦系统。首先以CCD多光谱相机感应谱段中最短波长计算出相机调焦需求精度10.00 m,根据多光谱CCD相机的光学系统特点,对比常用的传统航天相机的三种调焦方式,选择CCD焦平面调焦方式;然后提出采用以步进电机为动力源驱动高精度涡轮蜗杆副、齿轮副做旋转运动,通过超精密级滚珠丝杠将旋转运动转换为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,以14位绝对式编码器为位置检元件组成高精度调焦系统,经计算,调焦系统的理论灵敏度为0.12 m,该调焦系统具有结构简单紧凑、调焦灵敏度高的优点;最后通过实验测试,在2.2 mm调焦行程内实际调焦精度3.62 m（3）,调焦系统随相机经过力学环境实验、热真空环境实验后的复测调焦精度为3.64 m（3）。测试结果表明:所设计的调焦系统设计合理,结构可靠,调焦精度稳定性高,满足多光谱CCD相机成像清晰对调焦精度的要求。     

薄板模具钢脉冲Nd:YAG激光熔凝试样 变形量的测量

在厚度为0.3～0.8 mm的5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)模具钢和Cr12MoV模具钢薄板上，采用脉冲Nd:YAG激光进行了激光熔凝实验，研究了工艺参数(脉冲宽度和脉冲频率)、材质和材料厚度对激光熔凝后试样厚度方向上最大变形量的影响。结果表明，激光熔凝薄板模具钢所引起的变形相当严重，其最大弯曲变形量与材料厚度为同一个数量级；随着脉冲频率的减少或脉冲宽度的增加或材料厚度的减少，试样厚度方向上的最大弯曲变形量增大；Cr12MoV钢试样厚度方向上的最大弯曲变形量比012Al钢的大。激光熔凝工艺参数、材料的热扩散情况和材料的热物性参数的不同是造成上述现象的主要原因。     

扫描次数对钢板激光弯曲成形影响的模拟

研究了6 mm和9 mm两种厚度的钢板在不同激光工艺参数下扫描次数对激光弯曲成形过程的影响.利用三维热力耦合有限元(FEM)模型模拟计算了激光多次扫描弯曲成形过程的温度场、应力场和弯曲角度的变化.测忖量了成形过程中温度和弯曲角度的变化,模拟结果与实验结果符合较好.模拟结果表明,每次扫描过程中温度场变化基本相同,残余应力和钢板弯曲角度随激光扫描次数的增加而增大.随着扫描次数的增加,6 mm厚钢板的弯曲角度增量减小,而9 mm厚钢板的弯曲角度呈线性增大.激光工艺参数影响钢板下表面的应变强化程度,在不同的激光工艺参数下不同厚度钢板的弯曲角度随扫描次数的增加变化规律不同.     

光纤激光在线整形金刚石砂轮检测系统设计

为了使光纤激光在线选择整形金刚石砂轮达到理想的整形精度,采用计算机、CCD传感器、PCIe-6361型数据采集卡为主要硬件,LabVIEW作为上位机软件开发工具搭建了一套光纤激光在线整形金刚石砂轮系统。该系统不仅可以实现金刚石砂轮的激光在线整形,而且可以在短时间内实现对砂轮表面轮廓的高精度测量和数据存储。结果表明,通过对砂轮的轮廓测量,设定金刚石砂轮的整形阈值为38.23m,采用功率35W、重复频率50kHz的光纤激光整形金刚石砂轮,整形后砂轮高点的高度值基本上控制在38m以下。该系统设计能满足金刚石砂轮的整形要求。     

玻璃测厚系统中激光双光斑中心定位方法

双激光光斑中心定位是利用半导体激光和CCD组成的玻璃厚度测量系统中的重要步骤。双光斑中心测量中由于光斑之间相互干扰,易导致光斑分布不均匀和杂散斑干扰严重等问题。传统的定位算法应用在玻璃测厚系统中均存在精度较低、抗干扰能力差等缺点。提出一种基于高斯拟合法的改进算法。首先采用二维零均值高斯函数进行平滑滤波;然后利用高斯拟合法对光斑进行拟合,以获得表征光斑理想光强分布的高斯函数;最后根据理想光强分布将杂散斑滤除后再进行高斯拟合求得光斑中心坐标。仿真实验结果表明此方法可以提高中心定位的精确度和抗干扰能力,使定位误差小于0.1个像素。